книги / Техника высоких напряжений

Следует

обратить

внимание

на

то обстоятельство, что три импуль­

сах и три промышленной частоте

разрядное

напряжение

с

ростом

расстояния между электродами уве­

личивается

весьма

медленно,

осо­

бенно

при

больших

абсолютных

величинах

расстояний

и небольших

толщинах

диэлектрика.

Поэтому

Рис.

7-13.

Схема

устройства

в практических конструкциях

про­

клидонографа.

2 •— п л о ­

ходных изоляторов приходится при­

/ — и го л ьч аты й

эл ек тр о д ;

ский

эл ек тр о д ;

3 — ф о то п л ас ти н к а,

нимать дополнительные

меры

для

4 — свето н еп р о н и ц аем ы й корп ус

из

р а сп о л о ж ен н ая

эм у л ьси ей

кв ер х у ;

увеличения разрядното

напряжения

и зо л яц и о н н о й

п л астм ассы .

по

поверхности,

чтобы

сохранить

относительно

небольшие

габариты

от амплитуды приложенного напря­

изолятора

(см. раздел 3).

жения.

Как указывалось выше, в первой

На рис. 7-14 приведены типич­

стадии

развития

каналов

поверх­

ные

фотографии

(клидонограммы)

ностного разряда их длина прибли-

для

положительной

и

отрицатель­

зительно прооорциопальна

величи-

ной

полярностей

иглы.

Характер

не

приложенного

напряжения

и

клидонопрамм очень сильно зависит

очень

мало

зависит

от

скорости

от полярности, так что с помощью

его изменения во времени. Это свой­

клидонографа

можно

определять

ство поверхностного разряда в элек­

не только амплитуду, но и

поляр­

трическом поле с большой нормаль­

ность

импульса.

Положительная

ной

составляющей

напряженности

фигура состоит из относительно не­

используется

в специальных

прибо­

большого

числа

длинных

сильно

рах — клидонографах,

предназна­

искривленных каналов. Отрицатель­

ченных

для

измерения

амплитуды

ная

фигура,

наоборот,

содержит

импульстого

натр яжен-ия.

большое

число

практически

прямо­

Схема

устройства

простейше­

линейных

каналов

небольшой

дли­

го

клидонографа

показана

на

ны.

Эта

разница

объясняется

рис. 7-13. Измеряемое напряжение

влиянием

поверхностных

зарядов,

включается между иглой 1 и метал­

оставляемых

первыми

лавинами

лической

пластиной

2.

Диэлектри­

электронов, аналогично влиянию

ком

служит

фотопластинка

5,

рас­

объемных зарядов в газовом проме­

положенная

эмульсией

в

сторону

жутке

игла—«плоокость

(см. гл. 4).

игольчатого

электрода.

Прибор

При

использовании

клидоногра­

помещается

в изолирующий свето­

фа в качестве измерительного при­

непроницаемый корпус 4, обычно

бора

предварительно

должна

осу­

изготовляемый из

пластмассы. При

ществляться

его

градуировка,

приложении

к клидонографу доста­

т. е. определение зависимости диа­

точно большого напряжения

(более

метра фигур от амплитуды прило­

2—3 кв)

с

иглы

начинают

разви­

женного

напряжения

при

обеих

ваться поверхностные разряды, воз­

полярностях

иглы.

Пример

таких

пластинки. После проявления следы

на рис. 7-15. Приблизительная про­

канало© разряда остаются на нега­

порциональность диаметра

фигуры

тиве

в

виде черных,

а

на позити­

амплитуде приложенного напряже­

ве — белых линий. Поскольку с иг­

ния обычно

сохраняется

до 15—

лы

одновременно

прорастает не­

20 кв. При

больших напряжениях

сколько

каналов,

на

фотографии

образуются

скользящие

разряды,

появляется серия

линий,

образую­

диаметр фигуры начинает

прогрес­

щая так называемые фигуры Лих-

сивно увеличиваться и в конце кон­

тенберта, диаметр

которых зависит

цов наступает полное перекрытие по

d

жение разрядного напряжения опре­

деляется

не столько проводимостью

пленки,

сколько

ее

неоднород­

+ /

ностью. Дождь никогда не создает

на

поверхности

изолятора

однород­

ной пленки, поэтому

сопротивление

пленки в различных местах неоди­

наково. Кроме того, диаметр изоля­

тора по его длине обычно различен

(например

из-за

наличия

ребер),

что

также

способствует

изменению

сопротивления пленки на отдельных

и

участках повархности.

Под

действием

приложенного

О

Ц

S

12

f6кбдюхе

к изолятору напряжения по прово­

Рис. 7-15. Градуировочные кривые клидоно­

дящей поверхностной пленке проте­

графов

при

положительной

и

отрицатель­

кает

ток

утечки,

нагревающий

по­

ной полярностях

иглы

(по

данным За­

верхность

изолятора.

Это

нагрева­

лесского).

ние

происходит наиболее интенсив­

поверхности

фотопластинки. Таким

но в

тех

местах,

где

пленка

имеет

наибольшее

сопротивление

на

еди­

образом,

клидонограф может

ис­

ницу

длины

вдоль

линий

тока.

пользоваться для измерения

напря­

В этих местах происходит постепен­

жений,

амплитуда

которых

лёжит

ное

подсушивание

поверхности,

в пределах 2—20 кв, и при этом он

в

результате

чего

сопротивление

обеспечивает

точность

измерения

этого участка еще более возрастает

порядка

10—15%. Для

измерения

и испарение

влаги

происходит

все

более

высоких

напряжений

необхо­

более

и

более

интенсивно.

Вместе

димо применять делители напряже­

с этим по мере (возрастания сопро­

ния.

тивления

увеличивается

и

падение

7-5. РАЗРЯД ВДОЛЬ УВЛАЖНЕННОЙ

напряжения на подсушенном участ­

ке

поверхности.

В

Пределе,

когда

ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА

влага с участка полностью испарит­

Изоляторы,

устанавливаемые на

ся,

практически

все

напряжение

отарытом

воздухе,

подвергаютея

будет приложено

к

этому участку,

воздействию

до'Ждя,

снега, тумана;

напряженность

поля

сделается

их /поверхность

может

покрываться

очень большой и возникнет частич­

различными

осадками,

так

что

ный разряд в пределах подсушен­

в эксплуатации

практически

никог­

ного участка. Поскольку при этом

да не приходится иметь дела с иде­

участок с

наибольшим сопротивле­

ально чистой поверхностью диэлек­

нием окажется зашунтированным

триков. Оседающие

на

поверхности

каналом

возникшего

разряда,

об­

изолятора

слои

пыли

в

сухом

со­

щий ток утечки возрастет и начнет­

стоянии, .как правило, имеют .весьма

ся подсушка поверхности на дру­

высокое сопротивление и не оказы­

гом участке,

где

также

возможно

вают

существенного

влияния

на

возникновение

частичного

разряда.

разрядное напряжение.

изоля­

дов

Образование

частичных

разря­

При

смачивании

чистого

можно

наблюдать

визуально,

тора дождем на поверхности обра­

но оно. также

фиксируется по скач­

зуется

проводящая

пленка

воды.

кам

тока

утечки, который

можно

Если поверхность изолятора покры­

измерять каким-либо регистрирую­

та слоем осадка, содержащего

рас­

щим

прибором.

Во

время

дождя

творимые в воде соли,

то

проводи­

нарушенная в одном месте пленка,

мость

влажной пленки

может в

де­

воды

быстро

воестанавливается,

сятки

раз

вырасти.

Однако

сни­

поэтому

возникает

большое

число

ним корсш'Ы

(.поле цилиндрического

Под

действием

ударной

иониза­

конденсатора рaçсчитывается не­

ции

в

чехле

короны

непрерывно

сравненно

проще,

чем

поле

двух

образуются положительные ионы

и

проводов), так и в эксперименталь­

электроны. При положительной

по­

ных работах

(для

цилиндрического

лярности провода электроны уходят

конденсатора

гораздо

легче

осу­

на анод, а положительные ионы со­

ществить

защиту

промежутка

от

здают объемный заряд, под дейст­

влияния внешних полей).

вием электрического поля постепен­

дов

Так как кор(жирование прово­

но

перемещающийся

к

плоскости.

линий

электропередачи

сопро­

При отрицательном

проводе

поло­

вождается прохождением тока меж­

жительные

ионы

нейтрализуются

ду проводами, оно должно приво­

на

электроде,

а

электроны,

уходя

дить

к

потерям

энергии,

которые

к аноду,

постепенно

захватываются

могут достигать

заметных

величин,

атомами

кислорода

и, превращаясь

существенно ухудшающих экономи­

в

отрицательные

ионы,

создают

ческие

показатели

линии

электро­

отрицательный

объемный

заряд.

передачи.

Определение

потерь

на

Таким

образом,

в

обоих

случаях

корону

в

линиях

электропередачи

вокруг провода создается объемный

будет

составлять

основное

содер­

заряд того же знака, что и заряд

жание этого

и последующих

пара­

самого провода. Этот объемный за­

графов.

ряд уменьшает напряженность поля

Для определения потерь на ко­

на поверхности провода и тем са-

рону

при

постоянном

напряжении

мым

опранm ивает

интенсивность

необходимо найти вольт-амперную

ударной

ионизации,

а следователь­

характеристику

короны

I = f(U),

но, и количество вновь создаваемых

где / —ток короны на единицу дли­

ионов.

В

результате

достигается

ны линии, и тогда

мощность потерь

равновесное состояние, когда

коли­

на корону на единицу длины опре­

чество

вновь

создаваемых

ионов

делилась бы по формуле

равно

количеству

ионов,

уходящих

P = UI = Uf(U).

(8-5)

на противоположный электрод, и во

всем промеж-утке устанавливается

К

сожалению,

аналитическое

стационарный

ток

I

(на

единицу

определение вольт-амперной харак­

длины).

Напряженность

поля

на

теристики

короны

является

весьма

поверхности провода, в окрестности

сложной и пока еще полностью не

которого

осуществляется

ударная

разрешенной

задачей,

что

связано

ионизация,

все время

«поддержи­

с наличием объемных зарядов в чех­

вается

на уровне

критической

на­

ле

короны

и во

внешней

области.

пряженности Ек.

В

случае

цилиндрического

конден­

Если ток короны невелик, а сле­

сатора вольт-амперную характери­

довательно,

мала и плотность объем­

стику следовало бы искать путем

ного заряда во внешней области,

решения уравнения Пауссона в ци­

можно

предположить,

что

электри­

линдрических координатах

ческое поле в этой области остается

приблизительно таким же,

как и при

dr

1

г

Г

dr

е

отсутствии

объемных

зарядов

(пер­

(8-6)

вое

приближение).

В

этом случае,

как

известно,

напряженность

поля

Основная

трудность использова­

в произвольной точке на расстоянии г

ния

этого

уравнения

заключается

от

оси

цилиндрического

конденса-

в том, что распределение объемного

тора равна Е =

---- ^ ,

где

и —при-

заряда р в пространстве между

r l n —

электродами неизвестно и им при­

г»

а г0— радиус

ходится задаваться

на

основании

ложенное напряжение,

общих физических соображений или

внутреннего

цилиндра,

или

Е г =

экспериментальных

данных.

=

const.

да неизменна и равна «ритичеокой,

поля на поверхности провода Епр и

а во внешнем пространстве сохра­

заряду провода Qnp=^Cr, где Сг—

няется условие £r=const, или Е=

емкость линии на единицу длины

при

отсутствии

короны,

которую

для

краткости

принято

называть

Скорость

перемещения ионов

геометрической емкостью.

загорится

o= -%r = k E = kEK

Корона

на проводе

в момент времени t% когда напря­

и, следовательно,

жение

сделается равным

t/K,

а на­

пряженность

поля

на

поверхности

провода £,Пр = £ к. При этом образу­

ются

стримеры,

каналы

которых

Интегрируя

в

пределах

полупе-

заполнены

плазмой

и

обладают

определенной проводимостью. Часть

риода,

получаем:

зарядов с провода по каналам стри­

Т

___

'макс

'0

меров стекает ©

окружающее

про­

т

г2

— rl

странство,

где

создается

избы­

~2

2ЬЕ„г0•

Так как г2

>

r l , наибольшее

точный

положительный

заряд

(рис. 8-6,а). По мере роста напря­

удаление объемного заряда от оси

жения

от

UK до

амплитуды

(t)M

коронирующего провода

можно оце­

каналы стримеров постепенно удли­

нить по формуле

няются и по ним непрерывно про­

у / k T Е КГ0.

текает ток, увеличивающий величи­

гмакс ~

(8-11)

ну

объемного

заряда.

Наличие

Например, .дри

го=1,25

см\

k =

этого тока обеспечивает сохранение

= 1,8

^к -3 6

кв/см

и

Т=

относительно

высокой

проводимо-

сти .каналов, благодаря чему напря­

= 0,02

сек;

наибольшее

удаление

женность поля в них, по всей веро­

гмакс= 40 см, т. е. значительно мень­

ятности, значительно меньше Ек,

ше расстояния

между

проводами.

тогда как на поверхности провода

Таким

образом,

при

переменном

она сохраняется неизменной и рав­

напряжении

промышленной

часто­

ной Ек. В результате электрическое

ты объемные заряды .каждой фазы

поле в окрестности провода резко

могут

рассматриваться

независимо

искажается,

что

коренным образом

друг

от

друга.

Следует,

однако,

отличает корону

переменного на:

отметить, что измерения « теорети­

пряжения

от рассмотренного

выше

ческие расчеты показали, что наря­

случая короны -при постоянном на­

ду с пульсирующим ©округ каждо­

пряжении,

где

искажения

электри­

го провода

зарядом имеется

не­

ческого поля невелики.

большая

доля

заряда,

постепенно

В связи с постоянством напря­

перемещающаяся

к

противополож­

женности

на

проводе

сохраняется

ному электроду. Но величина этого

неизменным

и

заряд

на

проводе

заряда невелика « в первом

при­

Qnp= 27ier0£,K,

а

следовательно, и

ближении его можно не учитывать.

создаваемое

этим

зарядом

напряже­

Рассмотрим

изменение объемно­

ние

Разница

напряжений

го заряда в окрестности одного из

АС/=

U — U (заштрихованные

орди­

проводов и напряженности поля на

поверхности этого провода при си­

наты на рис. 8-5,а)

поддерживается

нусоидальном напряжении источни­

объемным зарядом Q0б» который в

ка. Допустим, что линия подключи­

процессе

роста

напряжения

посте­

лась

к

источнику

в

момент

нуля

пенно увеличивается.

напряжения.

Показанная

на

В

момент

максимума

напряже­

рис. 8-5,а синусоида

в

различных

ния объемный заряд достигает пре­

масштабах

соответствует

напряже­

дельной величины, а после ампли­

нию источника

U,

напряженности

туды

суммарный

заряд

должен